6. Компоненты эвм. Архитектура регистра, счетчика, устройства управления.

Компьютеры могут быть более сложными и менее сложными, но некоторые их компоненты в принципе одинаковы. Они могут иметь различные размеры: от одной микросхемы до целых блоков величиной в несколько десятков сантиметров, состоящих из большого числа микросхем, однако функции этих компонентов остаются неизменными.

Главная часть любого компьютера - его центральное процессорное устройство (ЦПУ), или просто центральный процессор (ЦП). По существу это - «мозг» машины, выполняющий инструкции и управляющий потоками информации в процессе ее обработки. Инструкции и данные, с которыми работает ЦП, хранятся в компьютерной памяти двух типов: постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) и оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ; его также называют ЗУПВ - запоминающее устройство с произвольной выборкой). Содержимое ПЗУ неизменно и сохраняется при выключении машины. Информацию в ОЗУ можно изменять произвольным образом (например, при загрузке в машину программы из внешней памяти); она полностью уничтожается при отключении питания.

Среди других компонентов, общих для всех компьютеров, назовем следующие: генератор тактовых импульсов, синхронизирующий внутренние операции (иногда он встроен в кристалл ЦПУ); шины - электронные схемы, соединяющие компоненты компьютера, и порты ввода-вывода. Также два дополнительных элемента: контроллер ввода-вывода и устройство прямого доступа к памяти (ПДП), которые встречаются не в каждом компьютере.

Когда информация извне поступает в компьютер через порты, она идет по шинам к центральному процессору, который направляет ее далее в ОЗУ. В дальнейшем ЦП может извлечь эту информацию, чтобы обработать ее согласно указаниям (программе), хранящимся в памяти. Результаты обработки либо остаются в памяти, либо направляются через порты вывода на периферийное устройство, где они либо записываются на тот или иной носитель данных, либо преобразуются в те или иные операции. Здесь детально описаны три основных способа, которыми компьютер управляет вводом и выводом: опрашивание, прерывание и прямой доступ к памяти.

Основные компоненты компьютера

• Порты, через которые информация поступает в компьютер и выводится из него. Порты бывают входными, выходными и универсальными, совмещающими обе функции, а также последовательными и параллельными.

• Шины - это внутренние каналы для информации: управляющие сигналы проходят по шине управления; информация движется по шине данных по адресу, заданному сигналами с адресной шины.

• Тактовый генератор посылает регулярные электрические сигналы по шине управления, синхронизируя все внутренние операции компьютера.

• ПЗУ - постоянная внутренняя память компьютера, содержащая важную служебную информацию, например инструкции про граммы начальной проверки и загрузки.

• ОЗУ - временная память, где хранятся программы И данные, которые использует (и может изменять) ЦП.

• Центральный процессор (ЦП) - мозг компьютера, выполняющий все арифметические и логические операции.

• Контроллер ввода-вывода - дополнительное устройство, которое обычно применяется в больших системах, рассчитанных на много пользователей. Это устройство берет на себя управление некоторыми операциями по вводу-выводу, выполняемыми при его отсутствии центральным процессором.

• Контроллер ПДП - еще одно дополнительное устройство; может, минуя ЦП, обеспечить прямую связь между ОЗУ и периферийными устройствами.

Регистр — последовательное или параллельное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними.

Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, обычно D, число которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами.

Фактически любое цифровое устройство можно представить в виде совокупности регистров, соединённых друг с другом при помощи комбинационных цифровых устройств.

Основой построения регистров являются D-триггеры, RS-триггеры.

Счётчик числа импульсов — устройство, на выходах которого получается двоичный (двоично-десятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов. Счётчики могут строиться на двухступенчатых D-триггерах, T-триггерах и JK-триггерах.

Основной параметр счётчика — модуль счёта — максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счётчиком. Счётчики обозначают через СТ (от англ. counter).

Устройство управления (УУ) вычислительной машины реализует функции управления ходом вычислительного процесса, обеспечивая автоматическое выполнение команд программы. Процесс выполнения программы в ВМ представляет собой последовательность машинных циклов. Детализируем основные целевые функции, реализуемые устройством управления в ходе типового машинного цикла. Первым этапом в машинном цикле является выборка команды из памяти. За выборкой команды следует этап декодирования ее операционной части (кода операции). Вторая целевая функция - формирование адреса следующей команды. На это выделяется специальный такт работы — этап ФАСК, которому соответствует целевая функция ЦФ-ФАСК. Далее следует этап формирования исполнительного адреса операнда или адреса перехода (этап ФИА), на котором УУ реализует функцию ЦФ-ФИА. Функция имеет столько модификаций, сколько способов адресации (СА) предусмотрено в системе команд ВМ. На четвертом этапе реализуется целевая функция выборки операнда (ЦФ-ВО) по исполнительному адресу, сформированному на предыдущем этапе. Наконец, на последнем этапе машинного цикла действия задаются целевой функцией исполнения операции - ЦФ-ИО. Очевидно, что количество модификаций ЦФ-ИО равно количеству операций, имеющихся в системе команд ВМ.